-
Alterungs-härtbare magnetische Nickel-Eisen-Legierung Die Erfindung
betrifft eine magnetische Legierung, die als Hauptbestandteile Eisen und Nickel
enthält. Die Erfindung. betrifft insbesondere eine alterungs-härtbare Legierung
des Eisen-Nickel-Systems mit hoher Härte, hoher Permeabilität und niedriger Koerzitivkraft.
Diese Legierung kann für Nagnetköpfe oder für ähnliche Instrumente verwendet werden
wo es auf eine hohe Abriebfestigkeit ankommt.
-
Typische Beispiele für bekannte magnetische Legierungen mit hoher
Permeabilität (die gewöhnlich als "permalloys" bezeichnet werden) und die aus den
Hauptbestandteilen Eisen und Nickel bestehen, sind in Tabelle I zusammengestellt
(vergl. R. Bozorth, Ferromagnetism, D. Van Nostrand Co., 1951). In der Tabelle I
bedeutet /u o die Anfangspermeabilität, Hc die in Oersted-Einheiten ausgedrückte
Koerzitivkraft und Bs die Sättigungs-Magnetisierung, ausgedrückt in Gauss-Einheiten.
-
Tabelle. 1 Zusammensetzung Gew. / o Nc Bs Bezeichnung 10%Mn-65%Ni-Fe
4800 0,08 8600 Megaperm 6150 78,5%Ni-Fe 8000 0,05 10800 78 Permalloy 4%Mo-79%Ni-Fe
20000 0,05 8700 Mo-Permalloy 5%Mo-79%Ni-Fe looooo o>oo2 7900 Supermalloy 5%Cu-2%Cr-77%Ni-Fe
20000 0,05 6500 Mui-Metal 3%Mo-14%Cu-72%Ni-Fe 40000 0,02 6000 1040-Alloy
Alle
diese Legierungen sind Legierungen aus festen Lösungen, die eine einzige Phase aufweisen
und die eine hohe Permeabilität besitzen. Insbesondere Legierungen, die Nickel in
Mengen von 75 bis 85% enthalten, sind als einsetzbare Magnet-Legierungen mit sehr
hoher Permeabilität bekannt. Diese Legierungen sind aber hinsichtlich ihrer Härteeigenschaften
ungenügend. Beispielsweise bei der Herstellung von Magnetköpfen können diese Legierungen
längeren Gebrauchszeiten nicht widerstehen, da sie durch Berührung mit den Magnetbändern
abgerieben werden. In der ComputertechnikJ wo es auf eine hohe Verläßlichkeit der
verwendeten Magnetbänder ankommt, besteht daher ein Bedürfnis nach der Entwicklung
von Legierungen des Eisen Nickel-Systems, die nicht nur ausgezeichnete magnetische
Eigenschaften, sondern auch eine hohe Härte besitzen und die somit für Magnetköpfe
geeignet sind.
-
Als 16XAl"Fe-Legierung ist bereits eine magnetische Legierung mit
hoher Härte bekannt. Deren Anfangspermeabilität ist aber nur etwa 6000. Weiterhin
ist ihre Verformbarkeit schlechter als Le-Legierungen des Nickel-Eisen-Systems.
Daher findet diese Legierung kaum Anwendung zur Herstellung von Magnetköpfen.
-
Somit besetzen die Nickel-Eisen-Legierungen oder die 16XAl-Fe-Legierung
als Materialien für Magnethöpre, wo sowohl eine hohe Permeabilität als auch eine
hohe Härte gefordert werden, Vorteile als auch Nachteile. Die erstgenannten Legierungen
sind hinsichtlich ihrer Härte nachteils, besitzen aber eine hohe Permeabilität,
während die letztgenannte Legierung zwar eine hohe Härte besitzt, aber hinsichtlich
der Permeabilität mangelhaft ist.
-
Die genannten Schwierigkeiten könnten überwunden werden, wenn die
Härte von Legierungen des Eisen-Nickel-Systems erhöht werden könnte, ohne daß die
magnetischen Eigenschaften vermindert würden.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Legierung des
Eisen-Nickel-Systems zur Verfügung zu stellen, die nicht nur eine hohe Permeabilität
und eine niedrige Koerzitivkraft besitzt, sondern auch eine hohe Härte.
-
Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren näher
erläutert werden.
-
Die Figur 1 zeigt bei einer Legierung mit der Zusammensetzung 0,7%
Mn, 0,6% Al, 1,8% Ti, 2,9% Nb, 3,8% Mo, 78,9% Ni-Fe die Abhängigkeit der Koerzitivkraft
(Hc) und der Vicker's Härte (Hv) von der Alterungszeit (h). Diese Legierung soll
nachstehend als "Legierung A" bezeichnet werden. Die Legierung ist ein Beispiel
für die erfindungsgemäßen Legierungen. Sie wurde 2 Stunden in einer Wasserstoff-Atmosphäre
einer Lösungsglühungs-Behandlung bei 1100°C unterworfen, in Wasser abgeschreckt
und alterungs-gehärtet, inden sie verschiedene Altemungszeiten bei 63o0C gehalten
wurde.
-
Die Figur 2 zeigt bei einer Legierung der Zusammensetzung 0,5% Mn,
0,5% Al. 1,9% Ti, 3,3% Nb, 3,9% Mo, 78,7% Ni-Fe (nachstehend als "Legierung B" bezeichnet)
die Abhängigkeit der Anfangspermeabilität (o), der Koerzitivkraft (Hc) und der Vicker's
Härte (HV) von der Abkühlungsgeschwindigkeit (°C/h). Die genannte Legierung ist
ein weiteres Beispiel für die erfindungsgemäßen Legierungen. Sie wurde 2 Stunden
in einer Wasserstoffatmosphäre einer Lösungsglühungs-Behandlung bei lloo°C unterworfen
und sodann mit verschiedenen Abkühlungsgeschwindigkeiten auf Raumtemperatur abgekühlt.
-
Die Erfindung baut sich auf den Tatsachen der Figuren 1 und 2 auf.
-
Wie aus Figur 1 ersichtlich wird, nimmt bei der Legierung A die Härte
allrnählich mit steigender Alterungszeit zu. Die Härte im abgeschwächten Zustand,
von etwa 165 Hv wird durch eine 16-stündige Alterung um etwa ioo Hv bis auf etwa
260 Hv erhöht. Hinsichtlich
der Koerzitivkraft wird in der Anfangsstufe
der Härtezunahme eine erhebliche Verminderung festgestellt. Nach dem Minimum wird
diese jedoch erneut gesteigert und überschreitet den Wert, den sie in abgeschrecktem
Zustand einnimmt. Ausführlicher ausgedrückt bedeutet dies, daß eine 5-stündige Alterung
zu einer Abnahme von der Härte-im abgeschreckten Zustand, d.h.
-
von etwa o,oll Oe bis zu einem Minimalwert von etwa o,oo80 Oe führt,
daß aber dieser Wert nach einer. 16-stündigen Alterung bis auf etwa o,o16 Oe ansteigt.
-
Aus Figur 2 wird ersichtlich, daß bei der Legierung B die Härte mit
steigender Abkühlungsgeschwindigkeit allmählich abnimmt.
-
Genauer ausgedrückt bedeutet dies, daß wenn die Härte bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit
von 15 ?q/h etwa 29o Ev beträgt, diese bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 200°C/h
bis auf etwa 210 Hv abnimmt. andererseits steigt die Anfangspermeabilität von dem
Wert 8500 bei 15°C/h bei einem Anstieg der Abkühlungsgeschwindigkeit auf 60°C/h
auf etwa l2ooo. Sodann nimmt sie allmählich wieder ab, bis sie bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit
von 2oo0C/h den Wert 10500 erreicht. Die Koerzitivkraft wird mit steigender Abkühlungsgeschwindigkeit
von 15°C/h bis auf 60°C/h von 0,016 Oe bis auf etwa o,ol Oe vermindert. Bei einer
höheren Abkühlungsgeschwindigkeit wird aber die Koerzitivkraft wieder erhöht und
erreicht bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 200°C/h wiederum den Wert von o,o16.
-
Aus den vorstehend angegebenen Tatsachen wird ersichtlich, daß die
erfindungsgemäßen Legierungen alterungs-härtbare bzw. vergütbare oder anlaßbare
Legierungen sind, In einem Zustand, in welchem eine geeignet mechanische Härte beibehalten
wird, ist die Legierung magnetisch weicher als in dem Zustand, wo sie mechanisch
weich ist. Das bedeutet, daß in dem Zustand, wo die erfindungsgemäßen Legierungen
eine derartige Härte beibehalten,
sie eine höhere Permeabilität
und eine niedrigere Koerzitivkraft besitzen.
-
Es ist bekannt, daß magnetische Legierungen, die als Hauptbestandteile
Eisen und Nickel enthalten und die eine hohe Permeabilität besitzen, gegenüber Spannungen
sehr empfindlich sind und daß bereits das Vorhandensein von geringfügigen Spannungen
zu einer Verminderung der Permcabilität und der Koerzitivkraft dieser Legierungen
führt.
-
Aus diesem Grunde ist das Vorhandensein von mechanischen Spannungen
bzw. Deformationen oder Verzerrungen oder von Niederschlägen, die die Härte erhöhen,
bei den herkömmlichen Magnet-Legierungen mit hoher Permeabilität als sehr schädlich
angesehen worden. Es sind daher Methoden ausgearbeitet worden, um das Auftreten
von solchen mechanischen Spannungen oder Von Niedelsclllagen so weit wie möglich
zu verhindern. Die Erscheinung, daß bei einer magnetischen Legierung des gleichen
Systems eher der mechanisch härtere Zustand als der mechanisch weichere Zustand
einen magnetisch weicheren Zustand ergibt, ist daher bislang noch nicht erkannt
worden.
-
Obgleich Einzelheiten, warwn eine solche Erscheinung bei den erfindungsgemäßen
Legierungen vorliegt, noch nicht vollkommen aufgeklärt worden sind, ist doch vermutlich
anzunehmen, daß diese Erscheinung sich wie folgt erklären läßt: Bei der Untersuchung
von Legierung, deren Eigenschaften in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind, wurde
festgestellt, daß sie durch Zugabe von Al, Ti und Nb zu den herkömmlichen Mo-Ni-Fe-Legierungen
erhalten worden sind. Aus Untersuchungen über hochwärmlebeständige Legierungen auf
der Basis von Nickel und über Ni-A.l-Legierungen ist bekannt, daß bei einer Alterungs-Härtungsbehandlung
dieser Legierung eine geordnete Phase ausgefällt wird,
die als Ni
(Al, Ti, Nb) angegeben werden kann, Diese geordnete Phase ist sehr fein und fast-kugelförmig.
Man sagt, sie hat eine gute Kohärenz mit der Matrix. Tatsächlich wird bei einer
elektronenmikroskopischen Strukturuntersuchung festgestellt, daß auch in den erfindungsgemäßen
Legierungen feine Niederschläge gebildet werden, wenn man die Alterungs-Wärmebehandlung
über lange Zeiträume durchführt. Nach der Magnet-Theorie nimmt man an, daß feine
Niederschläge, die mit der Matrix eine gute Kohärenz haben, die magnetischen Eigenschaften
der Matrix nicht nachteilig beeinflussen. Es kann daher der Schluß gezogen werden,
daß die Erscheinung bei den erfindungsgemäßen Legierungen, daß in der Anfangsstufe
des Alterns, nämlich in der Anfangsstufe der Härtungszunahme, die Koerzitivkraft
vermindert und die Permeabilität erhöht wird, auf die Bildung von sehr feinen Niederschlägen
zurückzuführen ist, die mit der Matrix eine gute Kohärenz besitzen. Es wird angenolmlen,
daß diese Phase der Niederschläge durch Ni3M ausgedrückt werden kann, worin M Al,
Ti, Nb etc. bedeutet. Solche Niederschlnge haben mit der Matrix eine gute Kohärenz
und die Bildung von solchen Niederschlägen begünstigt die magnetischen Eigenschaften
der Matrix. Die Bildung verleiht auch der Matrix eine genügende Härte, was aus den
vorstehend angegebenen Ergchnissen ersichtlich wird. Genauer ausgedrückt bedeutet
dies, daß der Grund hierfür die Forderung ist, daß die znsammensetzung der Matrix
durch die Bildung einer solchen Niederschlags-Phase variiert wird und daß in diesem
Zustand den Dedingungen für die Erreichung einer hohen Permeabilität und einer niedrigen
Koerzitivkraft, nämlich die Bedingungen für die Verminderung der magnetokristallinen
Konstante und der Magnetostriktions Konstante genügt wird.
-
Wenn die Alterungszeit zu lang ist, oder die Abkühlungsgeschwindigkeit
zu gering ist, dann wird die Härte zwar erhöht, aber die magnetischen Eigenschaften
werden vermindert, Dies
wird auf das Wachstum der Teilchen des Niederschlags,
die Veränderung der Zusammensetzung der Matrix und dergleichen zurückgeführt. Soweit
die Erfindung sich auf einen solchen Mechanismus aufbaut, sollte naturgemäß auch
in Betracht gezogen werden, daß eine Legierung, die nicht nur eine sehr hohe Permeabilität,
sondern auch eine sehr hohe Härte besitzt, nicht erhältlich ist. Es ist jedoch möglich,
bei den erfindungsgemäßen Legierungen durch Vornahme einer geeigneten Alterung5trarmebehandlung
diesen nicht nur eine in der Praxis genügende hohe Härte und eine hohe Permeabilität
zu verleihen, sondern diesen auch zwei Zustände, nämlich, mechanisch harte und weiche
Zustände, zu verleihen, wobei ungeachtet, ob es sich un den harten oder den weichen
Zustand handelt, gute magnetische Eigenschaften des gleichen Werts beibehalten werden.
-
Bei den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Legierungen wurde de
versucht den Zustand der Niederschläge festzuhalten, bei welchem die besten magnetischen
Eigenschaften erreicht werden, indem eine Untersuchung mit dem Elcktronemmikroskop
durchgeführt wurde. Dieser Zustand konnte jedoch nicht genügend klar beobachtet
werden. Jedoch wurde in der Probe, die 40 Stunden einer Alterungs-Härtungsbehandlung
bei 700°C unterworfen wurde, die Ausfällung von kugelförmigen Teilchen offensichtlich
beobachtet. Daraus kann geschlossen werden, daß der oben genannte Zustand ein sehr
anfänglicher Zustand der Ausfällung ist, oder eine lokale Variierung der Zusammensetzung
angibt, Aufgrund der vorstehenden Ergebnisse ist sicher, daß die Größe der Ausfällungen
nicht über rnehrere loo ,Alström-Einheiten hinausgeht.
-
Die erfindungsgemäßen Legierungen sind alterungs-härtbare Legierungen,
die sich auf dem oben genannten Prinzip aufbauen und die die folgenden zwei Arten
von Legierungen umfassen Die eine Art der erfindungsgemäßen Legierungen ist eine
alterurEshärtbare
magnetische Nickel-Eisen-Legierung, bestehend
aus 70 bis 85% Nickel, o,5 bis 6% eines Elements A, 1 bis 12% eines Elements B,
o,1 bis 2%' Mangan, bis zu 2% Kobalt und bis zu 2 Silicium, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte
Verunreinigungen, wobei das Element A mindestens ein Element ausgewählt aus der
Gruppe Aluminium in einer Menge von o,5 bis 3,0 und Titan in einer Menge von o,5
bis 6% und das Element B mindestens ein Element aus der Gruppe Niob in einer Menge
von 1 bis 10% und Tantal in einer Menge von 1 bis 12 ist, wobei der Legierung durch
eine Lösungsglühungs-Behandlung und nachfolgende Wärme-Alterungs-Behandlung eine
höhere Härte und höhere magnetische Eigenschaften verliehen wird als durch ein Abschrecken
der Legierung von der Temperatur des Lösungsglühungs-Behandlung, und wobei die Legierung
nach der IDsungsglUhung-Behandlung und der nachfolgenden Wärme-Alterungs-Behandlung
eine Sättigungsmagnetisierung hat, die über 4500 Gauss hinausgeht.
-
Die zweite Art der erfindungsgemäßen Legierungen ist eine alterungshärtbare
magnetische Legierung, welche aus der oben genannten ersten magnetischen Legierung
besteht, die 1 bis 14 Gew.- eines Elements C enthält, welche mindestens ein Element
aus der Gruppe Molybdän in einer Menge von 1 bis 7 Gow.-% Kupfer in einer Menge
von 1 bis 14 Gew.-%, Chrom in einer Menge von 1 bis 5 Gew.-% Vanadin in einer Menge
von 1 bis 6 Gew.-und Wolfram in einer Menge von 1 bis 5 Gew.-% ist.
-
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Lösungsglühungs-Behandlung
bei Temperaturen von 800 bis l3oo0C vorgenommen, Bei Temperaturen unterhalb 800°C
kann die Auflösung und Wiederkristallisierung nicht genügend erzielt werden, so
daß es nicht möglich ist, eine Legierung mit nuten magnetischen Eigenschaften zu
erhalten. Bei Temperaturen über 1300°C ist das Kristallwachstum bei der Wiederkristallisation
zu stark, wodurch sich eine
Verminderung der Permeabilität im Bereich
von hohen Frequenzen ergibt.
-
Die Legierung der vorliegenden Erfindung ist eine alterungshärtbare
bzw. vergütbare Legierung. Die hierin verwendete Bezeichnung "Alterungs-Wärmebehandlung"
umfaßt alle Wärmebehandlungen, die dazu imstande sind, in-einer übersättigten festen
Lösung, die einer Lösungswärmebehandlung unterworfen worden ist, eine Ausfällung
zu bewirken. Diese Behandlung umfaßt somit beispielsweise eine Abkühlungsbehandlung,
bei welcher die von der Lösungsglühungs-Behandlung kommende Legierung von der Temperatur
der Lösungsglühung mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit abgekühlt wird, die mindestens
ausreichend ist, um eine Ausfällung zu bewirken. Die Behandlung umfaßt auch eine
solche, bei welcher die Legierung von der Lösungsglühungs-Behandlung rasch von der
Temperatur der Lösungsglühungs-Behandlung ageühlt (abgeschreckt) wird und hierauf
wiederum auf eine Temperatur erhitzt wird, die unterhalb der Temperatur der Lösungsglühungs-Behandlung
liegt, um eine Ausfällung zu bewirken.
-
Zur Erzielung von guten magnetischen Eigenschaften ist es wesentlich,
daß der Nickel-Gehalt im Bereich von 70 bis 85 liegt.
-
Aluminium, Titan, Niob und Tantal werden hauptsächlich in der Form
von NiM3 (worin N Al, Ti, Nb und oder Ta ist) ausgefällt. diese Elemente sind notwendig,
um die Härte der Legierung zu erhöhen.
-
Die Wirkung dieser Zugabe macht sich insbesondere im Falle des Aluminiums
und des Titans bemerkbar. Im Falle des Aluminiums zeigt bereits die Zugabe von nur
o,5 eine Wirkung. Diese Wirkung wird bei einer Steigerung der zugegebenen Aluminiummenge
erhöht. Bei einem Aluminium-Gehalt, der über 3% hinausgeht, ist es aber unmöglich,
in der Legierung gute magnetische Eigenschaften zu erhalten. Vorzuziehende Aluminium-Gehalte
sind bis zu 2.
-
Es wird als besonders zweckmäßig angesehen,.wenn das Aluminium in
Mengen von 1 bis 2% zugesetzt wird. Aus ähnlichen Gründen wird Titan in Mengen von
o,5 bis 6%, vorzugsweise 1 bis 5%, insbesondere 2 bis 4 zugesetzt. Niob und Tantal
sind hinsichtlich der Erhöhung- der Härte der Legierung geringfügig schlechter,
sie sind aber dazu wirksam, um die magnetischen Eigenschaften der Legierung zu verbessern.
Die Zugabe sowohl von Niob als auch von Tantal ergibt eine auf fallende Verbesserung
der magnetischen Eigenschaften. Bei Zugabe des Niobs in Mengen von nicht mehr als
1% werden keine Wirkungen beobachtet. Bei einem Niob-Gehalt von mehr als lo wird
die magnetische Flußdichte vermindert und die Legierung besitzt keinen praktischen
Wert. Es wird bevorzugt, das Niob in Mengen von 1 bis 6%, insbesondere 1,5 bis 4%
zuzusetzen. Gleichermaßen werden bei Tantal-Gehalten unterhalb 1 keine Wirkungen
beobachtet. Bei Tantal-Gehalten von über 12 wird ebenfalls die magnetische Flußdichte
vermindert und die Legierung besitzt keinen praktischen Wert. Bessere Ergebnisse
werden erhalten, wenn Tantal in Mengen von 1 bis 8%, insbesondere 2 bis 6% zugesetzt
wird. Da Aluminium und Titan besonders wirksam sind, um die Härte der Legierung
zu erhöhen, werden sie beide als 'Element A" bezeichnet. Das Element A soll mindestens
ein Element von Aluminium und Titan angeben. Da Niob und Tantal in gleichermaßen
dazu wirksam sind, um die Härte und die magnetischen Eigenschaften zu verbessern,
werden sie beide "Element B" genannt. Das Element B soll mindestens ein Element
von Niob und Tantal anzeigen. Im Hinblick auf die magnetische Flußdichte und die
Verformbarkeit der Legierung wird gemäß der Erfindung spezifiziert, daß die Gehalte
der Elemente A und B nicht über 6% bzw. 12 hinausgehen. Die untere Grenze der Elemente
A und B ist o,5%. Bessere Ergebnisse werden erhalten, wenn das Element A in Mengen
von o,5 bis 5% und das Element B in Mengen von 1 bis 8% zugesetzt wird. Besonders
gute Ergebnisse werden verhalten, wenn die Elemente A und B in Mengen von 1 bis
4 bzw. 1,5 bis 6% zugesetzt werden.
-
Da Molybdän, Kupfer, Chrom, Vanadin und Wolfram ähnlich dazu wirksam
sind, um hauptsächlich die magnetischen Eigenschaften zu verbessern, werden sie
miteinander Element C" genannt.
-
Das Element C soll somit mindestens ein Element von Molybdän, Kupfer,
Chrom, Vanadin und Wolfram angeben.
-
In jedem Fall ist die Zugabe von Molybdän vorwiegend dazu wirksam,
um die magnetischen Eigenschaften zu verbessern. Soweit es jedoch eingesetzt wird,
um das Eisen zu ersetzen, neigt es dazu, den Härtungseffekt, der durch das Aluminium
oder Titan ausgeübt wird, bis zu einem gewissen Maß zu erniedrigen. Wenn daher eine
Erhöhung der Härte gewünscht wird, dann wird das Molybdän nur in einer relativ geringen
Menge zugesetzt. Im Falle, daß eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften
gewünscht wird, dann muß es in einer relativ großen Menge zugesetzt werden. Wenn
Kupfer für sich oder in Kombination mit Molybdän zugesetzt wird, dann verbessert
es die magnetischen Eigenschaften.
-
Insbesondere wenn es dazu verwendet wird, um das Nickel zu ersetzen,
dann wird ein hervorstechender Effekt erhalten. Wenn Vanadin entweder für sich oder
in Kombination mit Molybdän eingesetzt wird, dann verbessert es die magnetischen
Eigenschaften.
-
Bei zu großen Mengen wird es jedoch bevorzugt, den Nickel-Gehalt relativ
niedrig zu halten. Auch die Zugabe von Chrom ist dazu wirksam, die magnetischen
Eigenschaften zu verbessern. Bei allen Elementen Molybdän, Kupfer, Vanadin und Chrom
ergibt der Zusatz in einer Menge von nicht über 1 hinaus keine Verbesserung der
magnetischen Eigenschaften. Bei' zu großen Gehalten findet jedoch eine Verminderung
der magnetischen Flußdichte statt. Die oberen Grenzen dieser Elemente sind daher
im Falle des Molybdäns als 7%, im Falle des Kupfers als 14%, im Falle des Chroms
als 5% und im Falle des Vanadins als 6% definiert.
-
Vorzuziehende Gehalte sind im Falle des Molybdäns 2 bis 5%, im Falle
des Kupfers 2 bis lo, im Falle des Vanadins 1 bis 4 und im Falle des Chroms 1 bis
3%. Besonders vorzuziehende Gehalte
sind im Falle des Molybdäns
2 bis 4%, im Falle des Kupfers 2 bis 8%, im Falle des Vanadins 1,5 bis 3% und im
Falle des Chroms 1,5 bis 3%. Die Zugabe von Wolfram verbessert bereits in geringen
Mengen die magnetischen Eigenschaften und erhöht die Härte. Wenn man das Wolfram
in zu großen Mengen zusetzt, dann wird eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften
bewirkt. Die obere Grenze des Wolframs ist daher auf 5% gesetzt. Wenn der Wolframgehalt
unterhalb 1% liegt, dann werden keine Wirkungen erhalten. Es wird bevorzugte das
Wolfram in Mengen von 1 bis 3%, insbesondere 2 bis 3% zuzusetzen. Im Hinblick auf
die magnetische Flußdichte der Legierung wird gemäß dieser Erfindung spezifiziert,
daß der Gehalt des Elements C im Bereich von insgesamt 1 bis 14%, vorzugsweise 1
bis 10%, insbesondere 1,5 bis 8 liegt.
-
Bei sämtlichen Legierungen des Eisen-Nickel-Systems liegt das Mangan
gewöhnlich in Mengen von etwa o,5 vor, um die Heißverformbarkeit dieser Legierungen
zu verbessern. Es wurde nun gefladen, daß der Zusatz von Mangan nicht nur die Heißverformbarkeit
der Legierungen verbessert, sondern auch die Härte steigert. Dieser Effekt scheint
mit der Ausfällung von NiMD zusammenzuhängen, Die näheren Einzelheiten sind aber
noch nicht aufgeklärt worden. ' Es wird bevorzugt> daß der Mangan-Gehalt nicht
über 2% hinausgeht. Bei solchen Gehalten bewirkt das Mangan in Kombination mit anderen
Elementen eine Verbesserung der magnetischen Eigenscharten und eine Erhöhung der
Härte. Bei Mangan-Gehalten unterhalb o,1 werden jedoch keine Verbesserungen der
Heißverformbarkeit der Legierung erhalten.
-
Silicium wird der Schmelze der Legierung hauptsächlich als Entoxidationsmittel
zugesetzt. Die Zugabe des Siliciums ist in einer Menge bis zu 2% zulässig. Es wird
jedoch bevorzugt, daß der Silicium
-Gehalt nicht über 1% hinausgeht
Kobalt begleitet häufig-das Nickel und wird somit in die Legierung eingebracht.
Mengen bis zu etwa 2% sind zulässig, es ist jedoch zweckmäßig, daß der Kobalt-Gehalt
nicht über 1 hinausgeht.
-
Die in den vorstehenden Ausführungen angegebenen Prozentangaben sind
immer auf das Gewicht bezogen.
-
Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert.
-
Die einzelnen in den Beispielen verwendeten Proben, deren Verhalten
in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, wurden nach der folgenden Methode hergestellt:
In einem Vakuum-Schmelzofen wurden 10 kg eines Ausgangsmaterials der Legierung mit
der vorgeschriebenen Zusammensetzung aufgeschmolzen und in Stab-Barren mit einer
Breite von 50 mm und einer Dicke von 10 mm gegossen. Die Barren wurden bei lloo°C
zu einer Platte mit einer Dicke von 6 mm heiß-gewalzt, Sodann wurden die Platten
durch Kaltwalzen zu dünnen Blechen mit einer Dicke von o,2 mm verformt, während
die Zwischen-Vergütung bei lloo°C in Wasserstoff-Atmosphäre stattfand. Aus den gebildeten
dünnen Blechen wurden Testproben herausgeschnitten und der gewünschten Wärmebehandlung
unterworfen, worauf die Härte und die magnetischen Eigenschaften bestimmt wurden.
-
Die bei den folgenden Beispielen verwendeten Proben wurden 2 Stunden
in einer Wasserstoff-Atmosphäre einer Lösungsglühungs-Behandlung bei 1100°C unterworfen
und mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 6o0C/h auf Raumtemperatur abgekühlt,
um eine Alterungs-Härtung zu bewirken. Die Abkühlungsgeschwindigkeit, die zu den
besten magnetischen Eigenschaften rühren würde, sollte
nach Art
der Legierung variieren. Jedoch wurde in den folgenden Beispielen die oben genannte
Abkühlungs,geschwindigkeit versuchsweise aufgrund der Ergebnisse der Figur 2 ausgewählt.
-
Die chemische Zusammensetzung und die Härte und die magnetischen Eigenschaften
der einzelnen Testproben sind in der Tabelle II zusammengestellt. Darin bedeutet
/uO die Anfangspermeabilität, Hc die Koerzitivkraft' ausgedrückt in Oersted-Einheiten,
Bo die in Gauss-Einheiten ausgedrückte magnetische Flußdichte bei einem Magnetfeld
von 10 Oersted und Hv die Vicker's Härte.
-
Bei der chemischen Zusammensetzung sind das Eisen und~die Verunreinigungen
nicht angegeben. In der Tabelle II wird auch die Härte der Probe gezeigt, die von
der Temperatur der Lösungsglühungs-Bchandlung rasch abgekühlt (mit Wasser abgeschreckt)
wurde, In- jedem Falle waren die magnetischen Eigenschaften der wasser-abgekühlten
Proben schlechter als diejenigen der langsam abgekÜhlten Probe.
-
Tabelle II
| Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) µo Hc B10 Hv |
| Al Ti Nb Ta Mo Cr W V Cu Mr Ni (Oe) (G) Ab- lang- |
| schrek- sames |
| ken Abkühlen |
| 1 4,0 0,4 79,5 48.000 0,013 7.900 113 110 |
| 2 1,4 4,1 0,6 79,5 28.000 0,024 7.000 167 243 |
| 3 1,4 5,5 0,5 79,3 36.000 0,021 6.100 160 231 |
| 4 1,7 4,3 0,5 78,1 23.000 0,030 5.200 155 231 |
| 5 1,5 5,6 0,5 82,3 41.000 0,011 4.800 179 245 |
| 6 1,7 3,5 0,5 78,3 10.000 0,040 8.100 181 280 |
| 7 1,0 8,4 0,6 80,1 32.000 0,027 6.300 203 265 |
| 8 1,8 11,8 0,6 74,2 29.000 0,024 7.000 205 267 |
| 9 0,5 2,8 3,8 0,5 79,5 68.000 0,024 6.300 135 143 |
| 10 1,0 2,9 3,8 0,6 80,2 63.000 0,022 5.900 145 170 |
| 11 1,2 2,8 3,7 0,6 80,4 60.000 0,022 5.800 170 220 |
| 12 1,7 2,9 3,8 0,6 80,0 23.000 0,016 5.700 195 270 |
| 13 2,2 2,6 3,8 0,6 79,1 12.000 0,045 5.400 196 309 |
| 14 2,1 2,9 4,1 0,5 79,2 96.000 0,005 5.050 160 182 |
| 15 2,6 3,1 3,9 0,5 79,7 90.000 0,007 4.900 165 228 |
| 16 2,9 2,8 3,5 0,8 78,0 55.000 0,011 5.100 177 273 |
| 17 3,4 2,8 3,4 0,7 77,8 51.000 0,011 4.900 216 280 |
| 18 4,0 2,8 3,6 0,6 76,8 45.000 0,022 4.700 230 305 |
| 19 0,6 1,1 2,8 3,7 0,7 79,9 42.000 0,016 5.700 145 199 |
| 20 1,0 1,4 2,7 3,6 0,7 79,4 42.000 0,021 5.300 166 232 |
| Probe Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) µo Hc B10 Hv |
| Nr. Al Ti Nb Ta Mo Cr W V Cu Mr Ni (Oe) (G) Ab- lang- |
| schrek- sames |
| ken Abkühle |
| 21 1,0 2,5 2,8 3,6 0,7 79,1 40.000 0,025 5.200 190 286 |
| 22 0,5 1,7 2,7 3,7 0,6 79,4 71.000 0,017 5.000 171 243 |
| 23 0,5 1,8 2,8 2,1 0,7 80,0 63.000 0,018 5.500 173 254 |
| 24 2,9 2,8 2,0 3,2 0,5 78,1 61.000 0,016 5.300 160 233 |
| 25 0,5 1,7 2,7 5,0 0,6 79,4 25.000 0,030 5.600 194 265 |
| 26 2,8 3,6 1,5 0,6 79,7 73.000 0,006 5.100 168 229 |
| 27 1,5 3,7 1,9 0,7 78,9 65.000 0,010 5.800 161 215 |
| 28 1,5 2,2 3,5 0,6 81,0 51.000 0,019 4.800 148 201 |
| 29 2,7 5,5 3,5 0,6 78,5 71.000 0,006 5.100 185 261 |
| 30 1,5 10,1 3,8 0,6 76,0 39.000 0,027 5.100 211 273 |
| 31 1,5 1,8 1,5 0,7 79,3 61.000 0,009 5.000 179 251 |
| 32 3,0 1,9 1,8 3,6 0,6 78,6 56.000 0,012 5.100 173 245 |
| 33 2,8 2,0 2,2 3,8 0,6 79,1 91.000 0,004 5.000 173 229 |
| 34 1,3 3,5 2,8 0,7 78,0 63.000 0,019 5.000 178 239 |
| 35 2,8 3,0 3,8 1,6 78,8 52.000 0.009 5.400 211 306 |
| 36 2,8 3,0 1,9 2,1 0,5 78,0 44.000 0,015 5.400 160 235 |
| 37 2,7 2,0 13,1 0,5 72,5 42.000 0,019 5.700 163 225 |
| 38 1,3 3,1 10,5 0,5 73,5 36.000 0,025 4.800 153 211 |
| 39 0,5 2,1 2,8 3,5 6,0 0,5 76,1 49.000 0,024 5.500 152 211 |
| 40 0,5 2,1 2,1 3,6 6,4 0,6 75,5 29.000 0,025 5.400 172 239 |
| 41 2,9 2,8 3,8 0,6 79,3 39.000 0,021 5.500 179 248 |
Bei der Probe No. 1, die eine herkömmliche 4XMo-79,5XNi-Fe-Legierung
darstellt, wird die Härte kaum verändert und beträgt etwa 110 Hv, ungeachtet davon,'
ob man nach der Lösungsglühungs-Behandlung abschreckt oder langsam abkühlt. Dies
bedeutet, daß die Probe eine Legierung der festen Lösung darstellt. Dagegen wird
bei den erfindungsgemäßen Proben 2 bis 35 durch einXangsames Abkühlen die Härte
stark'verbessert und sie erreicht 140 bis 300 Hv. Dabei behalten die Proben aber
ihre sehr guten magnetischen Eigenschaften bei, beispielsweise eine Anfangspermeabilitat
von lo.ooo bis 96.ooo, eine Koerzitivkraft von 0,005 bis o,-o4 Oersted und eine
magnetische Flußdichte (B1o) von 4.700 bis 8.loo Gauss.
-
Wie aus den vorstehenden Ausführungen ersichtlich wird, haben die
erfindungsgemäßen Legierungen trotz ihrer hohen Härte sehr gute magnetische Eigenschaften.
Die erfindungsgemäßen Legierung gen sind aber hinsichtlich ihrer härte den sogenannten
magneti-* schen Ferrit-Materialien, die aus Metalloxiden zusainmengesetzt sind,
unterlegen. Wenn die erfindunsgemäßen Legierungen daher eine magnetische Flußdichte
hätten, die geringer wäre als diejenige von Ferriten, dann wäre der Handelswert
niedrig. Es ist daher für die Erfindung wesentlich, daß die Legierung eine Sättigungsmagnetisierung
haben sollte, die höher liegt als bei Ferriten, d.h, die über 45oo Gauss hinausgeht
Im allgemeinen werden magnetische Metallmetarialien in Form von dünnen Blechen verwendet,
um die Wirbelstrom-Verluste zu vermindern, die auftreten, wenn das Material in einem
magnetischen Wechselstrom-Feld verwendet werden. Nachdem das magnetische Material
zu einem dünnen Blech verwalzt worden ist, wird es der Wärmebehandlung unterworfen
und sodann verwendet. Da die herkömmlichen metallischen Magnetmaterialien weich
sind, werden während einer solchen Verarbeitung sehr leicht Spannungen bzw. Deformierungen
in den dünnen Blechen dieser Materialien bewirkt, wodurch die sehr guten magnetischen
Eigenschaften rasch vermindert werden.
-
Die Tatsache, daß die erfindungsgemäßen Legierungen eine hohe Härte
besitzen, bringt somit den Vorteil mit sich, daß die Handhabung während der Konstruktion
oder einer anderen Verarbeitung erleichtert wird. Ferner kann bei einer tatsächlichen
Anwendung die hohe Härte des Materials die Leistung einer Einrichtung erhöhen, in
welcher das magnetische Material konstruiert wird. Somit bringt die hohe Härte bei
der tatsächlichen Anwendung verschiedene Vorteile mit sich.
-
Es ist jedoch möglich, die oben genannte Reihenfolge der Alterungs-Härtungs-Behandlung
und der Verarbeitungs-Behandlung umzukehren. D,h. es ist möglich, zunächst die erfindungsgemäße
Legierung abzuschrecken, um sie zu erweichen und leicht verarbeitbar zu machen und
sodann zu dem Endprodukt zu verarbeiten, worauf man die Alterungs-Härtungs-Behandlung
vornimmt. Auf diese Weise ist es möglich, ein Produkt mit ausgezeichneten mabnetischen
Eigenschaften und einer hohen Härte zu erhalten. Diese Technik kann beispielsweise
angewendet werden, wenn eine Platte aus der erfindungsgemäßen Legierung durch Kaltverwalzen
zu einem dünnen Blech verformt wird, wodurch die Verwalzung erleichtert; werden
kann.